鍛造變形是保證鈦合金材料獲得理想組織與性能的.主要手段，但是不正確的鍛造工藝往往會(huì)使鈦合金產(chǎn)品出現(xiàn)一些不理想的組織和冶金缺陷，從而惡化其力學(xué)性能，給鈦合金產(chǎn)品的正常使用造成潛在危害，同時(shí)給生產(chǎn)及使用廠家造成大量浪費(fèi)。  

1. 熱效應(yīng)        

小規(guī)格鈦合金鍛件，在相變點(diǎn)（α+β/β轉(zhuǎn)變溫度）以上變形獲得網(wǎng)籃組織或魏氏組織，塑性、疲勞性能差，所以絕大多數(shù)鈦合金產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求近α 型、α +β 型雙相鈦合金成品，顯微組織一般是綜合性能較好的等軸組織或雙態(tài)組織，所以近α型、α+β型雙相鈦合金成品鍛造一般選擇在相變點(diǎn)以下30～60℃加熱鍛造。

大量研究及工程實(shí)踐證明，隨著鍛造加熱溫度的升高，雙相鈦合金顯微組織中初生α等軸的含量明顯降低，而α板條含量顯著增加。也就是說雙相鈦合金在相變點(diǎn)以下加熱時(shí)，隨著加熱溫度升高，組織中初生α等軸逐步向β相轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致加熱鍛造后的鈦合金顯微組織中初生α等軸含量降低、形態(tài)變小，α板條含量增多，當(dāng)加熱鍛造溫度超過鈦合金相變點(diǎn)之后，雙相鈦合金組織中的初生α等軸全部消失，為板條狀網(wǎng)籃組織或魏氏組織。        

鈦合金在錘上鍛造過程中，由于瞬時(shí)變形速率大（錘上變形7~9m/s）、打擊頻率高，造成合金內(nèi)部流動(dòng)應(yīng)力過大，消耗大量機(jī)械能短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部熱量，由于坯料心部變形較周圍大且散熱條件差，致使坯料內(nèi)部溫度升高、變形程度..中心區(qū)域溫度接近，甚至超過合金相變點(diǎn)，導(dǎo)致.終坯料中心顯微組織中初生α等軸急劇減少，甚至全部消失，過熱嚴(yán)重時(shí)組織轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芊浅２畹奈菏辖M織。以上典型兩種雙相鈦合金經(jīng)過錘上鍛造后，其顯微組織中的初生α等軸含量急劇減少，α板條含量相應(yīng)增加，顯微組織由理想的等軸組織轉(zhuǎn)變?yōu)檩^差的魏氏組織，主要原因就是鈦合金在瞬時(shí)劇烈變形過程中產(chǎn)生過熱現(xiàn)象造成的。        

小規(guī)格鈦合金在鍛造變形中，一般情況下中心部位是劇烈變形區(qū)，所以中心是溫升..的區(qū)域，將中心部位溫升情況作為制訂鍛造工藝的主要依據(jù)。采用鍛造速度較快的鍛錘鍛造鈦合金時(shí)，必須考慮鍛造過程中的中心熱效應(yīng)，不能連續(xù)重?fù)襞髁?。鈦合金鍛造在有條件的情況下建議采用壓力機(jī)或快鍛機(jī)，該類鍛造設(shè)備打擊速度低，鍛造過程中坯料瞬時(shí)應(yīng)變速率較低，產(chǎn)生的變形熱不是非常明顯，同時(shí)有足夠時(shí)間進(jìn)行變形熱擴(kuò)散，不會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)心部溫度明顯增高。

2. 組織不均    

小規(guī)格鍛件，經(jīng)鍛造后網(wǎng)籃組織中存在一定的大塊狀α相（俗稱粗大α塊）。這種粗大α塊又稱大白塊，與網(wǎng)籃組織中細(xì)小的正常α條相比，在形態(tài)上表現(xiàn)為粗大、不均勻，由晶界向晶內(nèi)生長，很少出現(xiàn)交錯(cuò)現(xiàn)象，其晶界面比較粗糙，凹凸不平，而正常α條的晶界面比較平滑。

研究證明，這種粗大α塊的顯微硬度要比正常α條低約10%，致使合金塑性與熱穩(wěn)定性能下降，影響了鍛件質(zhì)量，所以必須防止在鈦合金中出現(xiàn)這種不均勻組織。

鈦合金在熔煉凝固過程中，由于各類合金元素的平衡分配系數(shù)≠1，致使后凝固的晶界處有α穩(wěn)定元素富集與偏析，所以在其富集處α相首先析出，并沿晶界向晶內(nèi)生長，從而形成了粗大α塊，微區(qū)成分偏析是產(chǎn)生這種不均勻組織的根本原因。        

微區(qū)成分結(jié)晶偏析是由于平衡分配系數(shù)k0>1或k0<1造成的，合金先后結(jié)晶區(qū)域溶質(zhì)濃度不同形成的偏析很難完全避免，但可用適當(dāng)措施加以控制。一方面通過改進(jìn)優(yōu)化鑄錠熔煉工藝參數(shù)加以控制，另一方面通過適當(dāng)?shù)腻懺旃に嚰右愿纳葡?。鍛造工藝方面，首先在其鑄錠開坯鍛造時(shí)，采用適當(dāng)?shù)母邷鼐鶆蚧幚?，?duì)于鑄錠柱狀組織區(qū)域的微觀晶內(nèi)枝晶偏析通過均勻化退火或變形再結(jié)晶改善和消除；其次在合金坯料及成品模鍛過程中采用適當(dāng)?shù)腻懞罄鋮s方式加以控制，抑制其顯微組織中出現(xiàn)粗大α塊。

亞β 鍛后采用快冷（水冷或油冷）可明顯減輕或抑制粗大α塊出現(xiàn)，加快冷卻速度、增加過冷度，可提高α相形核率，盡管局部區(qū)域存在合金元素偏聚，具備生長粗大α塊的條件，但α相還沒來得及長大與兼并，整個(gè)組織的相變過程已經(jīng)結(jié)束了，控制冷速可以顯著改變析出α相形態(tài)與分布規(guī)律。鍛后水冷或油冷將鍛造產(chǎn)生的晶體缺陷（位錯(cuò)、亞晶）和位錯(cuò)密度增加的變形組織全部或部分固定到室溫，為隨后熱處理過程中再結(jié)晶增加了大量的結(jié)晶核心，在隨后熱處理時(shí)，β相的析出機(jī)制由空冷條件下的感生形核機(jī)制變?yōu)楠?dú)立形核方式，得到細(xì)小、混亂、交織的條狀初生α和次生α，這種組織可以顯著提高合金的綜合性能。        

3. 空洞

鈦、鋁合金等金屬材料在進(jìn)行大應(yīng)變（如超塑成形）時(shí)易誘發(fā)疏松，出現(xiàn)空洞甚至發(fā)生斷裂。在高應(yīng)變率下，鈦合金的流變應(yīng)力較靜態(tài)下顯著增加，但塑性顯著降低；隨著應(yīng)變率增加，流變應(yīng)力應(yīng)變增加，但存在一個(gè)臨界應(yīng)變率，超過臨界值，材料將發(fā)生斷裂；當(dāng)應(yīng)變率達(dá)到臨界值時(shí)，材料中產(chǎn)生絕熱剪切帶，并在帶中形成微空洞，在外加應(yīng)力作用下，空洞逐步聚集長大甚至形成微裂紋。微空洞總是沿..剪切變帶形成，這是因?yàn)樵诰钟蚧冃沃校?..剪切帶內(nèi)變形劇烈從而溫度較高，使帶內(nèi)材料軟化，成為裂紋、空洞等缺陷產(chǎn)生的理想場所。            

研究表明，金屬材料塑性變形過程中伴隨著組織形態(tài)的變化，主要有晶粒長大、等軸晶拉長、晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)、位錯(cuò)增殖、動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶及空洞形核和長大等。晶界滑移是塑性變形的主要機(jī)制，晶界滑移會(huì)引起局部應(yīng)力集中，阻礙晶界滑移的進(jìn)一步發(fā)生，當(dāng)應(yīng)力集中無法借助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)消除時(shí)，空洞就會(huì)形核，繼而發(fā)生長大?？斩磧?yōu)先在三角晶界處形核，隨著變形量增加，空洞開始長大，且空洞并非以等軸狀態(tài)長大，而是以橢圓形的方式長大?？斩匆紫蚱叫欣瓚?yīng)力分享的晶界擴(kuò)散，從而在拉應(yīng)力方向形成定向的空位流，不斷向空洞中心聚集，使空洞得以沿平行于拉伸方向長大。  

4. 總結(jié)    

目前鈦合金中常見的鍛造缺陷主要有組織過熱及不均、空洞、裂紋等，這些缺陷一般在鈦合金產(chǎn)品顯微組織檢查或超聲波檢測中很易發(fā)現(xiàn)，主要是在鈦合金產(chǎn)品鍛造過程中工藝參數(shù)控制不當(dāng)形成的，所以在鍛造過程中需依據(jù)不同特性的鈦合金材料選擇合適的變形速率（鍛造設(shè)備）、加熱鍛造溫度、道次變形量及鍛后冷卻速度。